EP1331444B1 - Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners - Google Patents

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EP1331444B1
EP1331444B1 EP03000375A EP03000375A EP1331444B1 EP 1331444 B1 EP1331444 B1 EP 1331444B1 EP 03000375 A EP03000375 A EP 03000375A EP 03000375 A EP03000375 A EP 03000375A EP 1331444 B1 EP1331444 B1 EP 1331444B1
Authority
EP
European Patent Office
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gas
controlling
burner
air
signal
Prior art date
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Revoked
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EP03000375A
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English (en)
French (fr)
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EP1331444A3 (de
EP1331444A2 (de
Inventor
Walter Bomscheuer
Michael Klepka
Klaus Richter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
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Publication date
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Application filed by Vaillant GmbH filed Critical Vaillant GmbH
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Publication of EP1331444A3 publication Critical patent/EP1331444A3/de
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a gas burner, especially in heating systems with blower.
  • the amount of fuel gas is adapted to the amount of air by means of a gas fitting.
  • the air mass flow is usually measured by means of the pressure drop across a diaphragm and controlled by this control pressure, the fuel gas amount.
  • the fuel gas-air mixture can be regulated by measuring the ionization current, which is dependent on the excess air and has its maximum in the case of stoichiometric combustion, and the mixture can be varied as a function of the ionization current signal.
  • the problem here is that a relatively small signal must be measured very accurately.
  • the invention has for its object to provide a robust method for controlling a gas combustion plant, in which the fuel gas-air ratio is controlled so that a safe ignition and low pollutant emissions are guaranteed.
  • a signal to be measured clearly is to be used.
  • the deviations of the signal values to be measured are very small, which often leads to erroneous measurements and regulations, especially in the case of aged sensors.
  • the aim of the invention is to avoid these disadvantages and to provide a clear, robust control method for a gas burner.
  • the proposed measures ensures that from time to time a calibration of the fuel gas-air-composite takes place, in which the mixing ratio is adjusted such that a clean and safe combustion is ensured.
  • Another advantage of the method according to the invention is the lower power consumption of the blower, since the pressure loss for the volume flow measurement is superfluous. This also reduces the fan noise and a smaller, usually cheaper fan can be used. It is no longer necessary to differentiate between natural gas H, natural gas L and LPG through different components; Here, a corresponding default for the control is sufficient to start the burner. According to the optional features, an advantageous threshold for the calibration process can be determined.
  • the fuel gas-air mixture can be enriched by increasing the fuel gas quantity or reducing the amount of air.
  • the amount of fuel gas can be reduced or the amount of air can be increased. It is conceivable that in the method both the fuel gas, and air quantity is changed.
  • the function of the exhaust gas sensor can be checked even when switching off the burner. At the time of switching off, there may be a slight increase in the signal value for a short time. Shortly after switching off, only air should be present at the exhaust gas sensor. If, on the other hand, carbon monoxide is measured at appreciable altitude, this is an indication that there is a sensor error.
  • the burner is operated with default values stored in the control system or values determined in a previous calibration procedure or causes a fault shutdown.
  • the ionization current has its maximum at near-stoichiometric combustion. If the ionization current falls when enriched, the combustion is substoichiometric; the threshold would have been reached in this case long ago.
  • a heating system has a burner 1 with a surrounding heat exchanger 10, to which an exhaust pipe 9, in which an exhaust gas sensor 6 is connected.
  • the burner 1 a fan 2 is connected upstream.
  • On the input side of the blower 2 is an air intake line 13, in which also a fuel gas line 12, which is separated by a gas valve 4 from the fuel gas supply 11, extends.
  • the gas valve 4 has an actuator 5.
  • the fan 2 has a drive motor 7 with speed detection 8.
  • Actuator 5, drive motor 7, speed detection 8 and exhaust gas sensor 6 are connected to a controller 3, which has a memory module 31 and computing module 32. Also with the control is an ionization electrode 14, which is positioned just above the burner 1, connected.
  • the control unit 3 In burner operation, the control unit 3, e.g. due to a room thermostat, not shown, in conjunction with a flow temperature detection, also not shown in the computing module 32, a target power of the burner 1 calculated.
  • a desired signal for the fuel gas and air quantity is stored to the target power.
  • the blower 2 With these desired signals, the blower 2 is driven with its drive motor 7 and its speed detection and the gas valve 4 with its actuator 5, whereby a fuel gas-air mixture flows into the blower 2 and from there to the burner 1.
  • the mixture is burned on the outer surface of the burner 1, flows through the heat exchanger 10 and then flows through the exhaust pipe 9 into the open air.
  • Fig. 2 shows the relationship between carbon monoxide concentration and combustion air ratio ⁇ .
  • a combustion air ratio ⁇ 1.0 is theoretically necessary.
  • ⁇ m L m L . min
  • m L is the actual air flow and m L, min is the stoichiometric air flow.
  • the combustion of hydrocarbons into carbon dioxide always produces carbon monoxide as an intermediate. Due to the limited reaction time in the heat affected zone and insufficient mixing of fuel gas and air, in practice, however, a certain excess air is necessary to ensure complete burnout. Therefore, a CO value of well over 1000 ppm is usually reached at just over-stoichiometric combustion. Only with an excess of air of about 10%, the carbon monoxide emissions in the fully reacted exhaust gas fall significantly and reach in conventional burners values below 100 ppm.
  • V • air I min * ⁇ * V • fuel gas
  • the control 3 continuously controls the actuator 5 of the gas valve 4 in such a way that more and more fuel gas passes into the blower 2 at the same amount of air. As a result, the mixture is enriched; the air ratio drops.
  • the exhaust gas sensor 6 measures the carbon monoxide emission in the exhaust pipe 9 and forwards the signal to the controller 3. If regulation 3 registers that the carbon monoxide emission has a threshold value of 2000 ppm given in the memory module 31 (point A in FIG Fig. 2 ), the mixture is not further enriched. It is known that such carbon monoxide emissions are achieved at an air ratio of about 1.08. Accordingly, the goal is to increase the air ratio by 0.17 to reach the target air ratio of 1.25.
  • the exhaust gas sensor 6 also measures the carbon monoxide emission in the exhaust pipe 9 at certain intervals outside of the routine calibration. If a certain limit value (point B in FIG Fig. 2 ) is exceeded, then a calibration of the control 3 is initiated.
  • a gradient eg CO change per speed change of the blower
  • the threshold value does not have to correspond to a specific CO-equivalent signal, but can also be determined, for example, according to background noise without CO (eg 20 mV) plus cut-off value (eg 0.5 V). In that case you would Assuming that the measured signal at carbon monoxide concentrations in the desired operating range are well below this threshold and the threshold value is an indication that a certain fuel gas to air ratio was in the direction of fuel-rich mixture below.
  • a further variant of the method according to the invention is that the calibration does not take place by an enrichment of the mixture up to a threshold value and subsequent leaning, but rather by a leaning of the mixture up to a threshold value and subsequent enrichment.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners, insbesondere bei Heizungsanlagen mit Gebläse.
  • Bei Heizungsanlagen mit Gebläse gemäß dem Stand der Technik wird mittels einer Gasarmatur die Brenngasmenge an die Luftmenge angepaßt. Hierzu wird der Luftmassenstrom meist mittels des Druckabfalls an einer Blende gemessen und über diesen Steuerdruck die Brenngasmenge gesteuert. Dieses Verfahren zur Mischung von Brenngas und Luft hat den Nachteil, dass aufgrund wechselnder Brenngaszusammensetzung der Luftüberschuss variieren kann; hierdurch kann es zu hohen Schadstoffemissionen während des Betriebs und Startschwierigkeiten kommen.
  • Aus der EP 770 824 B1 und DE 19539568C1 ist bekannt, dass das Brenngas-Luft-Gemisch dadurch geregelt werden kann, dass der lonisationsstrom, der vom Luftüberschuss abhängig ist und bei stöchiometrischer Verbrennung sein Maximum aufweist, gemessen wird und das Gemisch in Abhängigkeit von dem lonisationsstromsignal verändert werden kann. Hierbei besteht das Problem, das ein relativ kleines Signal sehr genau gemessen werden muss.
  • Bei einem Verfahren zur Regelung des Brenngas-Luft-Gemischs gemäß EP 833 106 befindet sich ein Flammenfühler nahe einer Brennerplatte. Durch das Erhöhen des Luftüberschusses wird ein Abheben der Flamme bewirkt, wodurch ein grobes Maß für den Luftüberschuss gegeben ist.
  • Ebenfalls bekannt ist ein Verfahren, bei dem der Sauerstoffanteil im Abgas eines Gasbrenners gemessen wird und das Brenngas-Luft-Gemisch derart geregelt wird, dass sich ein bestimmter Sauerstoffanteil im Abgas ergibt. Ein solches Verfahren wird zum Beispiel in US 5 190 454 beschrieben. Hierzu ist zu bemerken, dass Sauerstoffsensoren, welche über Jahre hinweg einen Sauerstoffüberschuss präzise messen, nicht zum Stand der Technik gehören und das Meßsignal sich im Arbeitsbereich nur wenig ändert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein robustes Verfahren zur Regelung eines Gasverbrennungsanlage zu schaffen, bei dem das Brenngas-Luft-Verhältnis derart geregelt wird, dass ein sicheres Zünden und niedrige Schadstoffemissionen gewährleistet sind. Hierzu soll ein deutlich zu messendes Signal verwendet werden. Bei bekannten Verfahren sind die Abweichungen der zu messenden Signalwerte sehr klein, wodurch es häufig - insbesondere bei gealterten Sensoren - zu fehlerbehafteten Messungen und Regelungen kommt.
  • Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteile zu vermeiden und ein eindeutiges, robustes Regelverfahren für einen Gasbrenner zu schaffen.
  • Erfindungsgemäß wird dies bei Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches erreicht.
  • Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird erreicht, dass von Zeit zu Zeit eine Kalibrierung des Brenngas-Luft-Verbundes stattfindet, bei dem das Mischungsverhältnis derart eingestellt wird, dass eine saubere und sichere Verbrennung gewährleistet ist.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die geringere Leistungsaufnahme des Gebläses, da der Druckverlust für die Volumenstrommessung überflüssig wird. Hierdurch reduzieren sich auch die Gebläsegeräusche und ein kleineres, in der Regel kostengünstigeres Gebläse kann verwendet werden. Es ist nicht mehr notwendig durch unterschiedliche Bauteile zwischen Erdgas H, Erdgas L und Flüssiggas zu unterscheiden; hier genügt eine entsprechende Standardvorgabe für die Regelung, damit der Brenner gestartet werden kann. Gemäß den optionalen Merkmalen kann eine vorteilhafter Schwellwert für den Kalibriervorgang bestimmt werden.
  • Die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 beschreiben vorteilhafte Verfahrensschritte zur Durchführung des Verfahrens. So kann das Brenngas-Luft-Gemisch angefettet werden, indem man die Brenngasmenge erhöht oder die Luftmenge reduziert. Zur Abmagerung des Gemischs kann die Brenngasmenge reduziert oder die Luftmenge erhöht werden. Es ist vorstellbar, dass bei dem Verfahren sowohl die Brenngas-, als auch Luftmenge verändert wird.
  • Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 ergibt sich der Vorteil, dass das Kalibrierverfahren auch dann - außerhalb der vorgesehenen Zyklen - durchgeführt werden kann, wenn eine ungewöhnlich hohe Kohlenmonoxid- beziehungsweise Kohlenwasserstoffkonzentration vorliegt. So ist es beispielsweise denkbar, dass sich kurz nach einer Kalibrierung aufgrund einer Flüssiggas-Luft-Zumischung das Brenngas-Luft-Verhältnis signifikant ändert und eine hohe Kohlenmonoxid- beziehungsweise Kohlenwasserstoffkonzentration im Abgas entsteht. Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 liegen auch vor der erstmaligen Durchführung des installierten Gasbrenners Sollwerte vor, so dass der Brenner bis zur Durchführung der ersten Kalibrierung mit diesen Werten betrieben werden kann.
  • Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 ergibt sich der Vorteil, dass die Funktion des Abgassensors überprüft werden kann. Zum angegebenen Zeitpunkt sollte nur Luft am Abgassensor vorliegen. Wird dagegen Kohlenmonoxid beziehungsweise Kohlenwasserstoffe in nennenswerter Höhe gemessen, so ist dies ein Indiz dafür, dass ein Sensorfehler vorliegt; statt eine Kalibrierung mit einem defekten Sensor durchzuführen, sollten dann besser die bisherigen Sollwerte Verwendung finden.
  • Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 ergibt sich der Vorteil, dass die Funktion des Abgassensors auch beim Abschalten des Brenners überprüft werden kann. Zum Zeitpunkt des Abschaltens kann es kurzzeitig zu einer leichten Erhöhung des Signalwertes kommen. Kurz nach dem Abschalten sollte nur Luft am Abgassensor vorliegen. Wird dagegen Kohlenmonoxid in nennenswerter Höhe gemessen, so ist dies ein Indiz dafür, dass ein Sensorfehler vorliegt.
  • Gemäß Anspruch 8 kann festgestellt werden, ob der Sensor während des Betriebs plausible Werte liefert oder ob der Sensor wahrscheinlich defekt ist. Bei Vorliegen eines Defektes wird der Brenner mit in der Regelung hinterlegten Standardwerten oder in einem früheren Kalibrierverfahren ermittelten Werten betrieben oder eine Störabschaltung veranlaßt.
  • Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 ergibt sich der Vorteil, dass redundant mittels Kohlenmonoxid- oder Kohlenwasserstoff- und Ionisationsstrommessung festgestellt werden kann, ob das System in Ordnung ist. Stellt das System fest, dass ein Widerspruch stattfindet, so wird die Kalibirerung abgebrochen und die Regelung verwendet die alten Sollwerte.
  • Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 ergibt sich der Vorteil, dass angesichts der widersprüchlichen Informationen, eine Störabschaltung erfolgt und somit eine Gefährdung ausgeschlossen ist.
  • Durch die Merkmale des Anspruchs 11 ergeben sich weitere Anhaltspunkte für einen Defekt. Der Ionisationsstrom hat bei nahstöchiometrischer Verbrennung sein Maximum. Fällt der Ionisationsstrom bei Anfettung, so ist die Verbrennung unterstöchiometrisch; der Schwellwert hätte in diesem Falle längst erreicht sein müssen.
  • Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12 wird in beiden letztgenannten Fällen der Brenner abgeschaltet, um eine unsaubere Verbrennung zu vermeiden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Fig. 1 und 2 der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 ein Heizungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßes Verfahrens und
    • Fig. 2 den Zusammenhang zwischen Luftüberschuß und Kohlenmonoxidemission.
  • Eine Heizungsanlage gemäß Fig. 1 verfügt über einen Brenner 1 mit einem diesen umgebenden Wärmeaustauscher 10, an den sich ein Abgasrohr 9, in dem sich ein Abgassensor 6 befindet, anschließt. Dem Brenner 1 ist ein Gebläse 2 vorgeschaltet. Auf der Eingangsseite des Gebläses 2 befindet sich eine Luftansaugleitung 13, in die auch eine Brenngasleitung 12, die durch ein Gasventil 4 von der Brenngaszuführung 11 getrennt ist, reicht. Das Gasventil 4 verfügt über einen Stellantrieb 5. Das Gebläse 2 verfügt über einen Antriebsmotor 7 mit Drehzahlerfassung 8. Stellantrieb 5, Antriebsmotor 7, Drehzahlerfassung 8 und Abgassensor 6 sind mit einer Regelung 3, die über ein Speichermodul 31 und Rechenmodul 32 verfügt, verbunden. Ebenfalls mit der Regelung ist eine lonisationselektrode 14, die knapp oberhalb des Brenners 1 positioniert ist, verbunden.
  • Beim Brennerbetrieb wird von der Regelung 3 z.B. aufgrund eines nicht dargestellten Raumthermostaten in Verbindung mit einer ebenfalls nicht dargestellten Vorlauftemperaturerfassung im Rechenmodul 32 eine Sollleistung des Brenners 1 berechnet. Im Speichermodul 31 ist zu der Sollleistung ein Sollsignal für die Brenngas- und Luftmenge hinterlegt. Mit diesen Sollsignalen wird das Gebläse 2 mit seinem Antriebsmotor 7 und seiner Drehzahlerfassung sowie das Gasventil 4 mit seinem Stellantrieb 5 angesteuert, wodurch ein Brenngas-Luft-Gemisch in das Gebläse 2 und von dort zum Brenner 1 strömt. Das Gemisch wird an der äußeren Oberfläche des Brenners 1 verbrannt, durchströmt den Wärmeaustauscher 10 und strömt anschließend durch das Abgasrohr 9 ins Freie.
  • Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen Kohlenmoxidkonzentration und Verbrennungsluftverhältnis λ. Um eine vollständige Verbrennung zu erreichen, ist theoretisch ein Verbrennungsluftverhältnis λ von 1,0 notwendig. λ = m L m L , min
    Figure imgb0001
  • Hierbei ist mL die tatsächliche Luftmenge und mL,min die stöchiometrische Luftmenge. Bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen zu Kohlendioxid entsteht stets Kohlenmonoxid als Zwischenprodukt. Aufgrund der begrenzten Reaktionszeit in der wärmebeeinflußten Zone und eine unzureichende Durchmischung von Brenngas und Luft, ist in der Praxis jedoch ein gewisser Luftüberschuss notwendig, um einen vollständigen Ausbrand zu gewährleisten. Daher hat man in der Regel bei knapp überstöchiometrischer Verbrennung einen CO-Wert von weit über 1000 ppm. Erst bei einem Luftüberschuß von ca. 10 % fallen die Kohlenmonoxid-Emissionen im ausreagierten Abgas deutlich und erreichen bei üblichen Brennern Werte unter 100 ppm. Mit Erhöhung der Luftzahl fällt jedoch ― aufgrund des Anteils inerter Gase ― die Verbrennungstemperatur; die Verbrennungsreaktion wird verlangsamt und es kommt zum Abbruch der Reaktion am Wärmeaustauscher. Daher ist ab einem Luftüberschuss von ca. 80 % ein deutlicher Anstieg der Kohlenmonoxidemissionen zu verzeichnen.
  • Da bei stöchiometrischer Verbrennung (theoretisch) der gesamte Brennstoff verbrannt wird und keine überschüssige Luft vorhanden ist, ist hierbei die Verbrennungstemperatur maximal. Mit überschüssiger Luft wird der Anteil der Inertgase erhöht, wodurch die Verbrennungstemperatur sinkt. Dies hat zur Folge, dass die Stickoxidemissionen bei stöchiometrischer Verbrennung maximal sind und bei Erhöhung des Luftüberschusses abnehmen. Auch der Wirkungsgrad einer Heizungsanlage ist bei stöchiometrischer Verbrennung maximal und nimmt bei Erhöhung des Luftüberschusses ab, da die inerten Gase Wärmeverluste aufnehmen und die Verweilzeit des Abgases im Wärmeaustauscher aufgrund der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit reduziert wird, was auch durch den verbesserten Wärmeübergang nicht kompensiert wird. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass es sowohl bei nahstöchiometrischer Verbrennung, als auch bei sehr großen Luftüberschüssen zu einer Rußbildung kommen kann; diese verschlechtert den Wärmeübergang am Wärmeaustauscher.
  • Oben genannte Tatsachen haben zur Folge, dass Gasbrenner bevorzugt mit einem definierten Luftüberschuss betrieben werden. Im Ausführungsbeispiel wird daher von einer Sollluftzahl von ca. 1,25 ausgegangen. In Fig. 2 entspricht dies dem Punkt D, der in einem Sollbereich C liegt.
  • Bei der Verbrennung gilt: V • Luft = I min * λ * V • Brenngas
    Figure imgb0002
  • Hierbei ist Imin der Mindestluftbedarf. Da bei einem realen Brennersystem das Verhältnis von Brenngas zu Luft über den gesamten Modulationsbereich nicht konstant sein muss, ergibt sich eine Abhängigkeit m • Luft = f P * m • Brenngas
    Figure imgb0003
     f(P) ist hierbei die leistungsabhängige Verhältnisfunktion, die fast linear ist, zwischen Brenngas und Luft.
  • Zu Beginn der Kalibrierung liegt ein beliebiges Brenngas-Luft-Verhältnis vor. Die Regelung 3 steuert kontinuierlich den Stellantrieb 5 des Gasventils 4 derartig, dass stetig mehr Brenngas bei gleicher Luftmenge in das Gebläse 2 gelangt. Hierdurch wird das Gemisch angefettet; die Luftzahl sinkt. Der Abgassensor 6 mißt die Kohlenmonoxidemission im Abgasrohr 9 und leitet das Signal an die Regelung 3 weiter. Registriert die Regelung 3, dass die Kohlenmonoxidemission einen im Speichermodul 31 vorgegebenen Schwellwert von 2000 ppm (Punkt A in Fig. 2) überschritten hat, so wird das Gemisch nicht weiter angefettet. Es ist bekannt, dass derartige Kohlenmonoxidemissionen bei einer Luftzahl von ca. 1,08 erreicht werden. Demnach ist es das Ziel die Luftzahl um 0,17 zu erhöhen, um die Sollluftzahl von 1,25 zu erreichen. Der Regelung 3 ist die Drehzahl des Gebläses 2 von dem Drehzahlsensor 8 des Antriebsmotors 7 und die Stellung des Gasventils 4 (beispielsweise über die Taktung des Stellantriebes 5 in Form der Pulsweitenmodulation) bekannt. Diese Daten werden im Speichermodul abgelegt. Durch den Vergleich dieser Daten mit ebenfalls im Speichermodul 31 abgelegten Referenzwerten im Rechenmodul 32 wird ein Korrekturfaktor k festgelegt. Hieraus ergibt sich, dass die Regelung 3 im folgenden bedarfsabhängigen Betrieb das Brenngas-Luft-Verhältnis gemäß der Beziehung m • Luft = f P * m • Brenngas P * k
    Figure imgb0004
     bestimmt. Dieser Kalibriervorgang wird in festen Zyklen durchfahren.
  • Aufgrund des relativ großen Sollbereichs (C in Fig. 2) muss die Messung und Regelung nicht einer besonderen Genauigkeit genügen. So ist es unproblematisch, wenn beispielsweise statt 2000 ppm 4000 ppm gemessen werden, da die Differenz beim Luftüberschuss für beide Kohlenmonoxidemissionen minimal sind. Auch die Abmagerung des Gemisches kann in einem relativ großen Toleranzband erfolgen. Es ist bekannt, dass handelsübliche Brenner, die mit Lambda 1,25 betrieben werden sollen, in einem Bereich zwischen 1,20 und 1,30 problemlos betrieben werden können. Es ist wiederum sehr leicht möglich das Gemisch derart abzumagern, dass man mit hinreichender Sicherheit diesen Bereich ansteuert.
  • Es kann vorkommen, dass beispielsweise durch Flüssiggas-Luft-Beimischung im Winter das Brenngas-Luft-Verhältnis sich binnen Minuten ändert. Eine unsaubere Verbrennung würde so erst bei der nächsten routinemäßigen Kalibrierung korrigiert, evtl. sogar gänzlich unberücksichtigt bleiben, da zum Zeitpunkt der nächsten Kalibrierung wieder das ursprüngliche Gemisch vorläge. Um dies zu verhindern, mißt der Abgassensor 6 auch außerhalb der routinemäßigen Kalibrierung in bestimmten Abständen die Kohlenmonoxidemission im Abgasrohr 9. Ist ein bestimmter Grenzwert (Punkt B in Fig. 2) überschritten, so wird eine Kalibrierung von der Regelung 3 eingeleitet.
  • Optional kann bei der Kalibrierung zur Veränderung des Gemischs in Richtung brennstoffreicherer Zusammensetzung statt einer Erhöhung der Brenngasmenge auch die Luftmenge reduziert werden, während die Gasmenge konstant bleibt. Auch kann statt eines absoluten Kohlenmonoxidsignals ein Gradient (z.B. CO-Änderung pro Drehzahländerung des Gebläses) gemessen werden. Der Schwellwert muss nicht einem bestimmten CO-äquivalenten Signal entsprechen, sondern kann z.B. auch gemäß Grundrauschen ohne CO (z.B. 20 mV) plus Abschaltwert (z.B. 0,5 V) bestimmt werden. In diesem Fall würde man voraussetzen, dass das Messsignal bei Kohlenmonoxidkonzentrationen im angestrebten Betriebsbereich sich deutlich unter diesem Schwellwert befinden und der Schwellwert ein Indiz dafür ist, dass ein bestimmtes Brenngas-Luft-Verhältnis in Richtung brennstoffreicherem Gemisch unterschritten wurde.
  • Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Kalibrierung nicht durch eine Anfettung des Gemischs bis zu einem Schwellwert und anschließende Abmagerung geschieht, sondern vielmehr durch eine Abmagerung des Gemischs bis zu einem Schwellwert und anschließende Anfettung. Hierbei wird berücksichtigt, dass ― wie aus Fig. 2 ersichtlich ― auch bei sehr brennstoffarmen Gemischen die Kohlenmonoxid-Emissionen ansteigen. Während bei dem Kohlenmonoxidanstieg bei brennstoffreichen Gemischen der Beginn des steilen Anstiegs bei nahezu allen Brennern im gleichen λ-Bereich liegt, ist der steile Anstieg bei brennstoffarmen Gemischen sehr brennerspezifisch. Dies gilt sowohl für den Beginn des Anstiegs, als auch für den Gradienten (Δ CO / Δ λ).
  • Es ist ferner bekannt, dass sich im Abgas die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen in der gleicher Art verhalten wie die Kohlenmonoxid-Emissionen. Daher kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein Sensor verwendet werden, der ein den unverbrannten Kohlenwasserstoffen äquivalentes Signal erzeugt.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners (1), insbesondere mit Gebläse (2), mit einer elektronischen Regelung (3), welche zu einer vorgegebenen Brennerleistung ein Sollsignal für die Brenngasmenge und die Luftmenge vorgibt, einer Einrichtung zur Regelung der Brenngasmenge (4, 5) und einem Abgassensor (6), der ein der Kohlenmonoxid-Konzentration oder Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen äquivalentes Signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer gewissen Betriebszeit oder in periodischen Abständen, vorzugsweise Brennerstarts oder Absolutzeit, ein Kalibrierungsvorgang durchfahren wird, in dem das Brenngas-Luft-Gemisch angefettet beziehungsweise abgemagert wird bis das signal des Abgassensors (6) ein Gradientes dieses Signals vorzugsweise abgeleitet nach der Gebläsedrehzahl oder dem Steuersignal der Einrichtung zur Regelung der Brenngasmenge (4, 5) einem vorgegebenen oder errechneten Schweilwert überschreitet wodurch bekannt ist dass eine bestimmte
    Luftzahl vorliegt, zu diesem Zustand das Signal für die Brenngasmenge und die Luftmenge erfaßt wird und anschließend das Brenngas-Luft-Gemisch wieder in einem vorgegebenen Verhältnis abgemagert beziehungsweise angefettet wird, wodurch neue Sollwerte für die Brenngasmenge und Luftmenge vorgegeben werden.
  2. Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfettung und / oder Abmagerung des Brenngas-Luft-Gemischs durch Veränderung des Steuersignals für die Brenngasmenge geschieht.
  3. Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners (1) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfettung und / oder Abmagerung des Brenngas-Luft-Gemischs durch Veränderung des Steuersignals für die Luftmenge geschieht.
  4. Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibriervorgang eingeleitet wird, wenn das der Kohlenmonoxid- beziehungsweise Kohlenwasserstoff-Konzentration äquivalente Signal während des Betriebs des Gasbrenners mindestens 15 Sekunden nach dem Brennerstart oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt.
  5. Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Verfahrens der Regelung (3) Sollwerte für Brenngas und Luft vorgegeben werden.
  6. Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Brennerstart, vorzugsweise mindestens 5 Sekunden nach dem Gebläsestart, das Kohlenmonoxid-Konzentration oder
    Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen äquivalente Signal erfaßt wird und bei Vorliegen eines Signals, das einer Konzentration größer vorzugsweise 20 ppm entspricht, der Kalibriervorgang unterdrückt wird.
  7. Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abschalten der Brenngaszufuhr, vorzugsweise nach einer kurzen Meßpause, vorzugsweise 1 Sekunde, das der Kohlenmonoxid-Konzentration oder der Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen äquivalente Signal erfaßt wird und bei Vorliegen eines Signals, das einer Konzentration größer vorzugsweise 20 ppm entspricht, der Kalibriervorgang unterdrückt wird.
  8. Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorliegen eines Signals des Abgassensor (6) das kleiner ist als ein vorgegebener Schwellwert, vorzugsweise 10 mV oder größer ist als ein anderer vorgegebener Schwellwert, vorzugsweise 1 V, oder beim Vorliegen einer Gradienten dieses Signals welcher größer ist als ein dritter Schwellwert, vorzugsweise 100 mV/sec,
    der Kalibriervorgang unterdrückt wird und die Regelung (3) den Gasbrenner (1) mit vorgegebenen Standardwerten oder in einem vorherigen Kalibrierverfahren ermittelten Werten regelt oder die Regelung (3) den Gasbrenner (1) abschaltet.
  9. Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der Ionisationsstrom an einer im Flammenbereich befindlichen Ionisationselektrode (14) aufgenommen wird und in dem Falle, in dem bei brennstoffreichem Brenngas-Luft-Gemisch der Ionisationsstrom ansteigt während das Kohlenmonoxid beziehungsweise Kohlenwasserstoff äquivalente Signal abfällt, der Kalibriervorgang abgebrochen wird.
  10. Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners (1) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (1) abgeschaltet wird.
  11. Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der lonisationsstrom an einer im Flammenbereich befindlichen Ionisationselektrode (14) aufgenommen wird und in dem Falle, in dem bei brennstoffreichem Brenngas-Luft-Gemisch der Ionisationsstrom abfällt während der Schwellwert für das Kohlenmonoxid beziehungsweise Kohlenwasserstoff äquivalente Signal nicht erreicht ist, der Kalibriervorgang abgebrochen wird.
  12. Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners (1) gemäß Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung (3) die Einrichtung zur Regelung der Brenngasmenge (4, 5) derartig ansteuert, dass der Brenngasstrom unterbrochen wird.
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